專利名稱：晶硅鑄錠爐熱場熱門控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及晶硅鑄錠爐熱場結(jié)構(gòu)領(lǐng)域，具體地說是一種晶硅鑄錠爐熱場熱門控制裝置。
背景技術(shù)：
晶硅鑄錠爐是一種硅重熔鑄錠設(shè)備，是制備太陽能電池硅片的一個重要工藝裝備。生產(chǎn)時，將符合一定要求的晶硅原料盛放在坩堝內(nèi)裝入爐中，按照一定的工藝要求對硅料進行加熱熔化、定向長晶、退火冷卻出爐。生產(chǎn)出的晶硅鑄錠再通過破方切片，得到符合要求的硅片用于制備太陽能電池。影響太陽能電池效率的因素很多，對目前太陽能電池行業(yè)，每提高電池轉(zhuǎn)換效率0. 都是非常有意義的一項技術(shù)改進。高質(zhì)量的電池硅片特別對晶粒的大小、均勻性，晶粒的形態(tài)結(jié)構(gòu)以及晶界雜質(zhì)含量的多少要求非常高，雖然這些要求或多或少都能通過鑄錠工藝的摸索、改進有所提高，但很多時候都局限于鑄錠爐熱場結(jié)構(gòu)的劣性而不能提高。本申請人多年來一直致力于晶體生長方面的研究，研發(fā)了多種類型的晶硅鑄錠爐熱場，發(fā)現(xiàn)熱場熱門的打開方式對晶體生長的影響尤為重要。熱場是晶硅鑄錠爐爐內(nèi)核心部件的一個統(tǒng)稱，物理上熱場主要由置于爐體內(nèi)的四方絕熱籠、布置于絕熱籠內(nèi)的加熱器、用于放置盛放晶硅原料坩堝的熱交換臺、懸空于絕熱籠內(nèi)用于阻隔或貫通熱交換臺與絕熱籠體外部進行散熱的熱門、置于絕熱籠外部的冷板 (或是爐壁)以及必要的測溫組件、進出氣控制系統(tǒng)等組成。由這些器件(零部件)在空間上構(gòu)成一個物理結(jié)構(gòu)，同時當加熱器升溫或降溫時，所帶來的空間上的溫度分布情況，包含不僅僅是物理結(jié)構(gòu)上的意義，行業(yè)上稱之為熱場。通過設(shè)計熱交換臺和冷壁之間的位置、距離、角度、溫差，材質(zhì)等因素可以形成不同特性的散熱結(jié)構(gòu)，配合加熱器及爐內(nèi)熱腔的設(shè)計可以形成獨特的熱場，從而完成不同要求的鑄錠過程。目前傳統(tǒng)晶硅鑄錠爐熱場的開合，主要有以下幾種方法1、絕熱籠上提使得熱交換臺和爐體冷壁之間形成輻射通道，簡稱側(cè)板提拉法，見

圖1。側(cè)板提拉法主要是將構(gòu)成熱場的絕熱籠的四側(cè)板設(shè)計為一個運動部件，側(cè)板往下運動可以將多晶硅重熔長晶的熱場封閉起來，通電使熱場里的加熱器升溫，以加熱熔化多晶硅原材料；側(cè)板往上提升，則打開熱場腔室，暴露出熱交換臺，形成溫降梯場，通過一定的工藝步驟，實現(xiàn)定向長晶過程。2、隔板抽拉法，其是將構(gòu)成熱場的絕熱籠的中間設(shè)置一組保溫隔熱襯板，將熱場底部的通水冷卻塊與熱交換臺隔開，當原材料完全熔化后，按一定工藝步驟抽去中間的保溫隔熱襯板，使通水冷卻塊與熱交換臺發(fā)生熱交換，形成溫降梯場，實現(xiàn)定向長晶過程。上述的兩種方法，雖然都能達到晶體定向生長的目的，但都存在結(jié)構(gòu)復雜，能耗偏高，熱沖擊大，長晶緩慢，晶體生長質(zhì)量差等問題。3、絕熱底板下移使得熱交換臺和爐體冷壁之間形成輻射通道(本申請人的專利ZL200820121103. 3)，簡稱底板升降法，見圖02。該方法是由本申請人針對側(cè)板提拉法的一些現(xiàn)存問題做出的技術(shù)改進。通過固定上部絕熱籠，通過擋塊改變硅錠底部、中部的溫度梯度，修正熔化和晶體生長速度。該專利的延伸產(chǎn)品已經(jīng)得到業(yè)內(nèi)廣泛認可。4、底板側(cè)向移動，熱交換臺和底部冷壁形成輻射通道，簡稱底板抽拉法，見圖3。該方法在光伏鑄錠設(shè)備中也有應用，該方法能夠得到大范圍的輻射通道，但是無法對初期成核和能耗進行控制。上述的幾種方法，各有優(yōu)缺點。根據(jù)熱交換法的基本原理，輻射量的大小決定了單位時間內(nèi)通過熱交換臺和冷壁之間的能量。而保證輻射量0 = S-F-A-(Th4-r/)的參數(shù)中， 若保持材料一致性，那么輻射角F和輻射面積A成為主要的可變參數(shù)，通過調(diào)整散熱區(qū)域的結(jié)構(gòu)，可以起到完善熱場的作用。通過數(shù)據(jù)對比底板升降法和底板抽拉法的熱場底部輻射通道，就能明顯看出兩者之間的優(yōu)劣之處。在鑄錠爐的輻射模型中，高溫石墨交換臺作為輻射源，下底面溫度標記為 Th，水冷爐壁或者水冷銅板作為輻射接受面表面溫度約為常溫，標記為1\。如圖4所示，Al面與Α4面形成的輻射角Fy表示熱交換臺對水冷爐壁的輻射通道。而Al面與Α5面形成的輻射角用F"表示，圖中形成的虛線框表示輻射腔體。圖中所示數(shù)值為一典型性特例，用以說明輻射角的變化規(guī)律。
權(quán)利要求1.晶硅鑄錠爐熱場熱門控制裝置，包括絕熱籠、置于絕熱籠內(nèi)的加熱器和熱交換臺，其特征在于所述絕熱籠的下方設(shè)有一水冷板，該水冷板與絕熱籠的底部之間設(shè)有多個縱向設(shè)置的百葉片，每個百葉片上貫穿一縱向設(shè)置的轉(zhuǎn)動軸，所有的轉(zhuǎn)動軸與一驅(qū)動機構(gòu)連接， 所有百葉片的軸接點位于同一水平線上，當所有的百葉片轉(zhuǎn)動至水平位置時，所述的百葉片形成一將絕熱籠底部封閉的平面板。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的晶硅鑄錠爐熱場熱門控制裝置，其特征在于所述的多個百葉片呈中軸對稱內(nèi)開式分布。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的晶硅鑄錠爐熱場熱門控制裝置，其特征在于所述的多個百葉片呈中軸對稱外開式分布。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的晶硅鑄錠爐熱場熱門控制裝置，其特征在于所述的多個百葉片呈同向開式分布。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項所述的晶硅鑄錠爐熱場熱門控制裝置，其特征在于所述的轉(zhuǎn)動軸通過夾具固定在百葉片上，夾具的材質(zhì)為耐高溫的金屬或非金屬。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的晶硅鑄錠爐熱場熱門控制裝置，其特征在于當所有的百葉片處于水平位置時，相鄰的百葉片之間通過臺階進行密封配合。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的晶硅鑄錠爐熱場熱門控制裝置，其特征在于絕熱籠的兩側(cè)壁底部設(shè)有與位于兩端的百葉片配合使用的擋塊。
專利摘要本實用新型公開了一種晶硅鑄錠爐熱場熱門控制裝置?，F(xiàn)有的晶硅鑄錠爐熱場熱門控制方法中，有的方法可以做好初期的成核及能耗控制，而有的方法能保證后期的晶體生長速度，目前沒有能達到兩者完美結(jié)合的方法。本實用新型的特征在于所述絕熱籠的下方設(shè)有一水冷板，該水冷板與絕熱籠的底部之間設(shè)有多個縱向設(shè)置的百葉片，每個百葉片上貫穿一縱向設(shè)置的轉(zhuǎn)動軸，所有的轉(zhuǎn)動軸與一驅(qū)動機構(gòu)連接，所有百葉片的軸接點位于同一水平線上，當所有的百葉片轉(zhuǎn)動至水平位置時，所述的百葉片形成一將絕熱籠底部封閉的平面板。本實用新型采用百葉結(jié)構(gòu)來控制熱門的開合，使鑄錠過程更加容易控制，既能保持低能耗的晶體生長，同時又能充分利用散熱面積。
文檔編號C30B28/06GK201962416SQ20102068191
公開日2011年9月7日 申請日期2010年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月27日
發(fā)明者任曉壢, 張瀛, 徐芳華, 王琤, 趙波, 高波 申請人:杭州精功機電研究所有限公司